热电偶信号数字化电路

热电偶是工业温度测量常用的传感器，它具有精度高、经济和温度宽的特点。热电偶测量其热端和冷端之间的温度差。为了得到热端感测点的绝对温度，必须测试冷端温度和相应地调节热电偶输出。现在，位于热电偶信号处理单元输入端的冷端同温通常靠具有高热导率的材料片保持。热导率381W/mK的铜是理想的材料。输入连接必须电隔离，热连路到片上。整个信号处理单元理想上应该处在这种同温环境中。

热电偶信号范围为μV/℃量级，热电偶的信号处理单元对电磁干扰(EMI)敏感，热电偶线往往遭受EMI。EMI增加了接收信号的不确定性和损害所采集温度数据的精度。另外，此连接所需的专门热电偶缆线是昂贵的，假若无意中用另外的缆线替代，则会变得分析困难。

由于EMI与线长度成正比，所以使噪声最小的通常选择是把控制电路靠近感测点，增加1个靠近感测点的远程板或采用复杂的信号滤波和缆线屏蔽。1个比较妙的方案是在靠近感测点数字化热电偶输出(图1).

在此实例中，信号处理电路包括低电平DC放大器、温度传感器、冷端补偿电路、带内部基准的ADC、开路热电偶检测器和报警指示器以及数字输出接口。所有这些功能现在都集成在小的IC中，如Maxim公司的MAX6674和MAX6675。它们的串行输出是热电偶感测点温度的数字表示。

用“K”型热电偶对MZX6674/6675的热电偶一数字转换器进行定标。MAX6674具有0℃～128℃范围，分辨率0.125℃；MAX6675具有0℃～1024℃范围，分辨率0.25℃。这两款IC都包含1个SPI兼容的接口。图1中IC1的SPI由本地脉冲时序产生器(IC2和IC3)驱动，使IC1产生4800波特异步串行字符串(每秒4个字符)：1个起始位、11个数据位(MAX6675为13位)、1个停止位。11(或13)个数据位包括10(或12)位二进制温度数据和1位开路热电偶告警位。晶振保证数据的波特率精度。热电偶感测接点必须与电路电隔离。必须确保在所有时间内IC1工作在-20℃～85℃温度范围内。远程电源和数据接收器通过双绞线连接电路。温度测量IC1内部10位ADC单次转换实现并在缆线上呈现为串行数据字。(鲁)